CN203345019U - 车辆线控转向方向盘装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种车辆线控转向方向盘装置，旨在准确检测方向盘的旋转角度，能为驾驶员提供可调、合适的路感，且能在不同的工况下改变工作模式、调整方向盘完成全转向的转动圈数。电机与箱体固定联接，电机的输出轴通过联轴器与第三齿轮轴的下端固定联接，第三齿轮轴与第二齿轮轴的齿轮啮合传动配合安装，第三齿轮轴与第一齿轮轴的齿轮啮合传动配合联接，齿轮与第四齿轮轴的齿轮啮合传动配合安装，轴角编码器与第一传动轴的上端固定联接，传动螺母与第一传动轴的螺纹部分传动配合安装，电磁铁的壳体与箱体固定联接，挡块支撑座两侧的护板与行程挡板的两外侧壁动配合安装。本实用新型适用于车辆作为线控转向方向盘。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种车辆转向装置，具体地说是一种车辆线控转向方向盘装置。
背景技术
转向系统的功用是操纵车辆的行驶方向，系统应能根据需要保持车辆稳定地沿直线行驶，并能根据要求灵活地改变行驶方向。对转向系统的基本要求是操纵轻便灵活、工作稳定可靠、使用经济耐久，转向性能是保证车辆安全行驶，减轻驾驶员的劳动强度，提高作业生产率的重要因素。转向系统是决定车辆安全性和作业效率的关键总成。
随着应用场合工况要求的提高，车辆转向系统的性能需要进一步提高，为解决原有的转向系统中存在的转向灵敏度和路感不可调节、结构复杂、噪音高等问题，科技工作者致力于研究线控转向技术，它是通过微电子技术连接并控制转向系统的各个元件来代替传统的机械或液压连接。线控转向技术采用传感器记录驾驶者的转向数据，然后通过数据线将信号传递给车上的电控制单元(ECU)，ECU综合这些和其它信号做出判断后，再控制车辆的转向角度。由于取消了方向盘和转向轮之间的机械连接，因此使车辆的设计、装配大为简化，而且还可以自由设计车辆转向的力传递特性和角传递特性，是车辆转向系统的重大革新。特别是在工程机械上，尤其是装载机对转向系统要求更高，现有主要的技术方案是在方向盘底部安装一个全液压转向器，通过转动方向盘控制通往转向油缸的流量。首先，由于选择的转向器固定，转向时从一个极限位置到另一个极限位置的方向盘所需的转动圈数也就固定了，在进行装载作业时，需要频繁的大角度的转向才能完成工作，这时操作者的劳动强度是很大的；其次，驾驶员在驾驶过程中没有合适的路感；再次，由于全液压转向器需要安装在方向盘的下端，必须把管路引到驾驶室附近，增加了装配的复杂程度和驾驶室内的噪音。
因此设计一种车辆线控转向方向盘装置变得非常有必要，有利于推动线控转向系统的开发、研制与应用。
发明内容
本实用新型提供的车辆线控转向方向盘装置，能够准确检测方向盘的旋转角度，能为驾驶员提供可调、合适的路感，且能在不同的工况下改变工作模式、调整方向盘完成全转向的转动圈数。
为了解决上述的技术问题，本实用新型采用下述技术方案：装置主要由电机、箱体、第一齿轮轴、第二齿轮轴、第二单向离合器、第三齿轮轴、第一单向离合器、齿轮、第四齿轮轴、力矩传感器、传动螺母、第一传动轴、角位移传感器、第二传动轴、轴承端盖、行程挡板、限位挡块、挡块支撑座、电磁铁以及接近开关组成；所述电机与箱体固定联接，所述电机的输出轴通过联轴器与第三齿轮轴的下端固定联接，所述第三齿轮轴通过轴承安装在箱体的轴承座内，所述第二齿轮轴通过轴承安装在箱体的轴承座内，所述第三齿轮轴与第二齿轮轴的齿轮啮合传动配合安装，所述第二单向离合器固定安装在第二齿轮轴的轴孔内，所述第二单向离合器的内圈与第四齿轮轴的下端固定联接，所述力矩传感器的一端固定安装在第四齿轮轴的轴孔内，所述力矩传感器的另一端固定安装在第二传动轴的轴孔内，所述第二传动轴通过轴承安装在箱体的轴承座内，所述轴承端盖固定安装在箱体上部的轴承座上，所述第一齿轮轴通过轴承安装在箱体的轴承座内，所述第三齿轮轴与第一齿轮轴的齿轮啮合传动配合安装，所述第一单向离合器固定安装在第一齿轮轴轴孔内，所述第一单向离合器的内圈与第一传动轴的下端固定联接，所述齿轮与第一传动轴的下侧固定联接，所述齿轮与第四齿轮轴的齿轮啮合传动配合安装，所述第一传动轴通过轴承安装在箱体的轴承座内，所述角位移传感器的输入轴与第一传动轴的上端固定联接，所述角位移传感器的壳体与箱体固定联接，所述第一传动轴中间部位加工有传动螺纹，所述传动螺母与第一传动轴的螺纹部分传动配合安装，所述传动螺母上设置有一凸台，所述接近开关与箱体固定联接，所述接近开关的感应头与传动螺母的凸台对应安装，所述行程挡板与传动螺母固定联接，所述行程挡板相对限位挡块的侧面设置有一个长凹槽，在长凹槽的长度方向中心对称位置设置有一个短凹槽，所述限位挡块与电磁铁的活动铁芯固定联接，所述电磁铁的壳体与箱体固定联接，所述限位挡块在电磁铁的驱动下可以伸入行程挡板的长凹槽或短凹槽内，所述挡块支撑座与箱体固定联接，所述挡块支撑座两侧的护板与行程挡板的两外侧壁动配合安装，所述限位挡块与挡块支撑座的内壁动配合安装，所述第一单向离合器和第二单向离合器采用相同的传动方向安装。
在方向盘处于车辆可以直线行驶的位置时，所述传动螺母的长度方向中心与第一传动轴上传动螺纹长度方向中心重合安装，此时所述限位挡块的中心位于短凹槽长度方向的中心上。所述角位移传感器的轴心线、第一传动轴的轴心线和第一齿轮轴的轴心线同心安装。所述第二传动轴的轴心线、力矩传感器的轴心线、第四齿轮轴的轴心线和第二齿轮轴的轴心线同心安装。所述角位移传感器为空心轴角编码器。所述接近开关的轴心线垂直穿过第一传动轴的轴心线，并与限位挡块长度方向的轴心线重合。所述传动螺母上设置的凸台位于传动螺母长度方向的中心上，所述凸台的圆周位置处在与接近开关最接近的位置。
采用本实用新型的有益效果是，能准确地检测方向盘的旋转角度，能给驾驶员提供可调、合适的路感，在给驾驶员提供正反两个方向的路感时，电机只需一个方向转动不需要换向，减小换向冲击、提高寿命，且能够在不同的工况下改变工作模式、调整方向盘完成全转向的转动圈数，有很好的推广应用价值。
下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细说明。
附图说明
图1是本实用新型所述车辆线控转向方向盘装置的主视图；
图2是图1的A-A剖视图；
图3是图2的B-B剖视图。
图中：电机1 箱体2 第一齿轮轴3 第二齿轮轴4 第二单向离合器5 第三齿轮轴6第一单向离合器7 齿轮8 第四齿轮轴9 力矩传感器10 传动螺母11 第一传动轴12角位移传感器13 第二传动轴14 轴承端盖15 行程挡板16 限位挡块17 挡块支撑座18电磁铁19 接近开关20
具体实施方式
在图1、图2和图3中，该装置主要由电机1、箱体2、第一齿轮轴3、第二齿轮轴4、第二单向离合器5、第三齿轮轴6、第一单向离合器7、齿轮8、第四齿轮轴9、力矩传感器10、传动螺母11、第一传动轴12、角位移传感器13、第二传动轴14、轴承端盖15、行程挡板16、限位挡块17、挡块支撑座18、电磁铁19以及接近开关20组成；所述电机1与箱体2通过螺栓固定联接，所述电机1的输出轴通过联轴器与第三齿轮轴6的下端固定联接，所述第三齿轮轴6通过轴承安装在箱体2的轴承座内，所述第二齿轮轴4通过轴承安装在箱体2的轴承座内，所述第三齿轮轴6与第二齿轮轴4的齿轮啮合传动配合安装，所述第二单向离合器5的外圈通过键固定联接在第二齿轮轴4的轴孔内，所述第二单向离合器5的内圈与第四齿轮轴9的下端通过键固定联接，所述力矩传感器10的一端通过键固定安装在第四齿轮轴9的轴孔内，所述力矩传感器10的另一端通过键安装在第二传动轴14的轴孔内，所述第二传动轴14通过轴承安装在箱体2的轴承座内，所述轴承端盖15通过螺栓固定安装在箱体2上部的轴承座上，所述第一齿轮轴3通过轴承安装在箱体2的轴承座内，所述第三齿轮轴6与第一齿轮轴3的齿轮啮合传动配合联接，所述第一单向离合器7的外圈通过键固定联接在第一齿轮轴3轴孔内，所述第一单向离合器7的内圈与第一传动轴12的下端通过键固定联接，所述齿轮8与第一传动轴12的下侧通过键和弹性挡圈固定联接，所述齿轮8与第四齿轮轴9的齿轮啮合传动配合安装，所述第一传动轴12通过轴承固定安装在箱体2的轴承座内，所述角位移传感器13的输入轴与第一传动轴12的上端固定配合安装，所述角位移传感器13的壳体与箱体2通过螺栓固定联接，所述第一传动轴12中间部位加工有传动螺纹，所述传动螺母11与第一传动轴12的螺纹部分传动配合安装，所述传动螺母11上设置有一凸台，所述接近开关20与箱体2固定联接，所述接近开关20的感应头与传动螺母11的凸台对应安装，所述行程挡板16焊接在传动螺母11的一侧，所述行程挡板16相对限位挡块17的侧面铣削加工一个长凹槽，在长凹槽的长度方向中心对称位置铣削加工一个短凹槽，所述限位挡块17与电磁铁19的活动铁芯通过螺栓固定联接，所述电磁铁19的壳体与箱体2通过螺栓固定联接，所述限位挡块17在电磁铁19的驱动下可以伸入行程挡板16的长凹槽或短凹槽内，所述挡块支撑座18焊接箱体2上，所述挡块支撑座18两侧的护板与行程挡板16的两外侧壁动配合安装，所述限位挡块17与挡块支撑座18的内壁动配合安装。所述第一单向离合器7和第二单向离合器5采用相同的传动方向安装。
在方向盘处于车辆可以直线行驶的位置时，所述传动螺母11的长度方向中心与第一传动轴12上传动螺纹长度方向中心重合安装，此时所述限位挡块17的中心位于短凹槽长度方向的中心上。所述角位移传感器13的轴心线、第一传动轴12的轴心线和第一齿轮轴3的轴心线同心安装。所述第二传动轴14的轴心线、力矩传感器10的轴心线、第四齿轮轴9的轴心线和第二齿轮轴4的轴心线同心安装，所述角位移传感器13为空心轴角编码器。所述接近开关20的轴心线垂直穿过第一传动轴12的轴心线，并与限位挡块17长度方向的轴心线重合。所述传动螺母11上设置的凸台位于传动螺母11长度方向的中心上，所述凸台的圆周位置处在与接近开关20最接近的位置。所述第一单向离合器7和第二单向离合器5的传动方向是相同的，在此选择安装单向离合器的工作方向是内圈相对外圈逆时针方向转动时，内圈可以带动外圈一同转动；外圈相对内圈顺时针方向转动时，外圈可以带动内圈一同转动。如果选择安装单向离合器的工作方向与上述的方向相反，则下述工作原理的相应动作也相应反向动作，依然可以正常工作。方向盘杆通过联轴器与第二传动轴14的上端固定联接。
当车辆在一个作业现场完成任务后需要转移到下一作业现场时，需要车辆要有较高的行驶速度，按下行走模式按钮，电控制单元检测到此开关信号后，当电控制单元检测到传动螺母11上的凸台对准接近开关20时，使电磁铁19通电，电磁铁19的活动铁芯动作，使限位挡块17的前端处于行程挡板16的长凹槽里，车辆处于正常行走模式，方向盘全转向转动的角度为900°。当方向盘向左转时，方向盘杆带动第二传动轴14、力矩传感器10、第四齿轮轴9同步逆时针方向转动，此时第二单向离合器5处于工作状态，第四齿轮轴9带动第二单向离合器的内圈逆时针方向转动，第二单向离合器5的内圈带动外圈、外圈带动第二齿轮轴4逆时针方向转动，第二齿轮轴4带动第三齿轮轴6顺时针方向转动，第三齿轮轴6带动第一齿轮轴3逆时针方向转动，所述第四齿轮轴9的齿轮带动齿轮8顺时针转动，由于第一单向离合器7和第二单向离合器5的传动方向是相同的，所以第一单向离合器7处于空转状态，第一齿轮轴3不会带动第一传动轴12转动，电控制单元会根据传递来的路面信息调整合适的电压值控制电机1输出逆时针转动方向的转矩，通过第三齿轮轴6和第二齿轮轴4作用到方向盘上产生相应的阻尼力，即可以给驾驶员提供相应的路感反馈，力矩传感器10不断检测方向盘的转动力矩并输出电信号，控制调整电机1的电压值，进而达到合适的路感状态，在第四齿轮轴9转动的同时会带动齿轮8顺时针方向转动相同的角度，齿轮8带动第一传动轴12转动相应的角度，角位移传感器13就可以检测到第一传动轴12的转动角度，也就是方向盘的转动角度并输出电信号，此时第一单向离合器7处于空转状态，第一传动轴12不会带动第一齿轮轴3转动，第一传动轴12顺时针方向转动时会带动传动螺母11向上移动，当方向盘左转900°到达全转向位置时，行程挡板16的长凹槽的下侧面会在限位挡块17和挡块支撑座18的阻挡作用下停止运动，第一传动轴12也停止运动，方向盘限位。当方向盘右转时，方向盘杆带动第二传动轴14、力矩传感器10和第四齿轮轴9同步顺时针方向转动，此时第二单向离合器5处于空转状态不会带动第二齿轮轴4转动，第四齿轮轴9带动齿轮8逆时针方向转动相同的角度，齿轮8带动第一传动轴12逆时针方向转动相应的角度，角位移传感器13就可以检测到第一传动轴12的转动角度，也就是方向盘的转动角度并输出电信号，此时第一单向离合器7处于工作状态，第一传动轴12带动第一单向离合器7的内圈逆时针方向转动，第一单向离合器7的内圈带动外圈、外圈带动第一齿轮轴3逆时针方向转动，第一齿轮轴3带动第三齿轮轴6顺时针方向转动，第三齿轮轴6带动第二齿轮轴4逆时针方向转动，由于第二单向离合器5处于空转状态，第二齿轮轴4不会带动第四齿轮轴9转动，电控制单元会根据传递来的路面信息调整合适的电压值控制电机1输出逆时针转动方向的转矩，通过第三齿轮轴6、第一齿轮轴3、齿轮8和第四齿轮轴9作用到方向盘上产生相应的阻尼力，即可以给驾驶员提供相应的路感反馈，力矩传感器10不断检测方向盘的转动力矩并输出电信号，控制调整电机1的电压值，进而达到合适的路感状态，第一传动轴12逆时针方向转动时会带动传动螺母11向下移动，当方向盘向右转900°到达全转向位置时，行程挡板16的长凹槽的上侧面会在限位挡块17和挡块支撑座18的阻挡作用下停止运动，第一传动轴12也停止运动，方向盘限位。
当车辆在作业驾驶时，按下作业模式按钮，电控制单元检测到此开关信号后，当电控制单元检测到传动螺母11上的凸台对准接近开关20时，使电磁铁19断电，电磁铁19的活动铁芯会在复位弹簧的作用下复位，使限位挡块17的前端处于行程挡板16的短凹槽里，车辆就处于作业模式，也就是方向盘全转向转动的角度变换为180°。当方向盘左转时，方向盘杆带动第二传动轴14、力矩传感器10、第四齿轮轴9同步逆时针方向转动，此时第二单向离合器5处于工作状态，第四齿轮轴9带动第二单向离合器的内圈逆时针方向转动，第二单向离合器5的内圈带动外圈、外圈带动第二齿轮轴4逆时针方向转动，第二齿轮轴4带动第三齿轮轴6顺时针方向转动，第三齿轮轴6带动第一齿轮轴3逆时针方向转动，所述第四齿轮轴9的齿轮带动齿轮8顺时针转动，由于第一单向离合器7和第二单向离合器5的传动方向是相同的，所以第一单向离合器7处于空转状态，第一齿轮轴3不会带动第一传动轴12转动，电控制单元会根据传递来的路面信息调整合适的电压值控制电机1输出逆时针的转动方向的转矩，通过第三齿轮轴6和第二齿轮轴4作用到方向盘上产生相应的阻尼力，即可以给驾驶员提供相应的路感反馈，力矩传感器10不断检测方向盘的转动力矩并输出电信号，控制调整电机1的电压值，进而达到合适的路感状态，在第四齿轮轴9转动的同时会带动齿轮8顺时针方向转动相同的角度，齿轮8带动第一传动轴12转动相应的角度，角位移传感器13就可以检测到第一传动轴12的转动角度，也就是方向盘的转动角度并输出电信号，此时第一单向离合器7处于空转状态，第一传动轴12不会带动第一齿轮轴3转动，第一传动轴12顺时针方向转动时会带动传动螺母11向上移动，当方向盘左转180°到达全转向位置时，行程挡板16的长凹槽的下侧面会在限位挡块17和挡块支撑座18的阻挡作用下停止运动，第一传动轴12也停止运动，方向盘限位。当方向盘右转时，方向盘杆带动第二传动轴14、力矩传感器10和第四齿轮轴9同步顺时针方向转动，此时第二单向离合器5处于空转状态不会带动第二齿轮轴4转动，第四齿轮轴9带动齿轮8逆时针方向转动相同的角度，齿轮8带动第一传动轴12逆时针方向转动相应的角度，角位移传感器13就可以检测到第一传动轴12的转动角度，也就是方向盘的转动角度并输出电信号，此时第一单向离合器7处于工作状态，第一传动轴12带动第一单向离合器7的内圈逆时针方向转动，第一单向离合器7的内圈带动外圈、外圈带动第一齿轮轴3逆时针方向转动，第一齿轮轴3带动第三齿轮轴6顺时针方向转动，第三齿轮轴6带动第二齿轮轴4逆时针方向转动，由于第二单向离合器5处于空转状态，第二齿轮轴4不会带动第四齿轮轴9转动，电控制单元会根据传递来的路面信息调整合适的电压值控制电机1输出逆时针转动方向的转矩，通过第三齿轮轴6、第一齿轮轴3、齿轮8和第四齿轮轴9作用到方向盘上产生相应的阻尼力，即可以给驾驶员提供相应的路感反馈，力矩传感器10不断检测方向盘的转动力矩并输出电信号，控制调整电机1的电压值，进而达到合适的路感状态，第一传动轴12逆时针方向转动时会带动传动螺母11向下移动，当方向盘向右转180°到达全转向位置时，行程挡板16的长凹槽的上侧面会在限位挡块17和挡块支撑座18的阻挡作用下停止运动，第一传动轴12也停止运动，方向盘限位。
本实用新型可以准确地检测方向盘的旋转角度，给驾驶员提供可调、合适的路感，电机只需一个方向转动即可给驾驶员提供正反向转动方向盘的路感，根据不同的工作模式，调整方向盘完成全转向的转动圈数。
Claims (7)
1.一种车辆线控转向方向盘装置，其特征是，主要由电机(1)、箱体(2)、第一齿轮轴(3)、第二齿轮轴(4)、第二单向离合器(5)、第三齿轮轴(6)、第一单向离合器(7)、齿轮(8)、第四齿轮轴(9)、力矩传感器(10)、传动螺母(11)、第一传动轴(12)、角位移传感器(13)、第二传动轴(14)、轴承端盖(15)、行程挡板(16)、限位挡块(17)、挡块支撑座(18)、电磁铁(19)以及接近开关(20)组成；所述电机(1)与箱体(2)固定联接，所述电机(1)的输出轴通过联轴器与第三齿轮轴(6)的下端固定联接，所述第三齿轮轴(6)通过轴承安装在箱体(2)的轴承座内，所述第二齿轮轴(4)通过轴承安装在箱体(2)的轴承座内，所述第三齿轮轴(6)与第二齿轮轴(4)的齿轮啮合传动配合安装，所述第二单向离合器(5)固定安装在第二齿轮轴(4)的轴孔内，所述第二单向离合器(5)的内圈与第四齿轮轴(9)的下端固定联接，所述力矩传感器(10)的一端固定安装在第四齿轮轴(9)的轴孔内，所述力矩传感器(10)的另一端固定安装在第二传动轴(14)的轴孔内，所述第二传动轴(14)通过轴承安装在箱体(2)的轴承座内，所述轴承端盖(15)固定安装在箱体(2)上部的轴承座上，所述第一齿轮轴(3)通过轴承安装在箱体(2)的轴承座内，所述第三齿轮轴(6)与第一齿轮轴(3)的齿轮啮合传动配合安装，所述第一单向离合器(7)固定安装在第一齿轮轴(3)轴孔内，所述第一单向离合器(7)的内圈与第一传动轴(12)的下端固定联接，所述齿轮(8)与第一传动轴(12)的下侧固定联接，所述齿轮(8)与第四齿轮轴(9)的齿轮啮合传动配合安装，所述第一传动轴(12)通过轴承安装在箱体(2)的轴承座内，所述角位移传感器(13)的输入轴与第一传动轴(12)的上端固定联接，所述角位移传感器(13)的壳体与箱体(2)固定联接，所述第一传动轴(12)中间部位加工有传动螺纹，所述传动螺母(11)与第一传动轴(12)的螺纹部分传动配合安装，所述传动螺母(11)上设置有一凸台，所述接近开关(20)与箱体(2)固定联接，所述接近开关(20)的感应头与传动螺母(11)的凸台对应安装，所述行程挡板(16)与传动螺母(11)固定联接，所述行程挡板(16)相对限位挡块(17)的侧面设置有一个长凹槽，在长凹槽的长度方向中心对称位置设置有一个短凹槽，所述限位挡块(17)与电磁铁(19)的活动铁芯固定联接，所述电磁铁(19)的壳体与箱体(2)固定联接，所述限位挡块(17)在电磁铁(19)的驱动下可以伸入行程挡板(16)的长凹槽或短凹槽内，所述挡块支撑座(18)与箱体(2)固定联接，所述挡块支撑座(18)两侧的护板与行程挡板(16)的两外侧壁动配合安装，所述限位挡块(17)与挡块支撑座(18)的内壁动配合安装，所述第一单向离合器(7)和第二单向离合器(5)采用相同的传动方向安装。
2.根据权利要求1所述的车辆线控转向方向盘装置，其特征是：在方向盘处于车辆可以直线行驶的位置时，所述传动螺母(11)的长度方向中心与第一传动轴(12)上传动螺纹长度方向中心重合安装，此时所述限位挡块(17)的中心位于短凹槽长度方向的中心上。
3.根据权利要求1所述的车辆线控转向方向盘装置，其特征是：所述角位移传感器(13)的轴心线、第一传动轴(12)的轴心线和第一齿轮轴(3)的轴心线同心安装。
4.根据权利要求1所述的车辆线控转向方向盘装置，其特征是：所述第二传动轴(14)的轴心线、力矩传感器(10)的轴心线、第四齿轮轴(9)的轴心线和第二齿轮轴(4)的轴心线同心安装。
5.根据权利要求1所述的车辆线控转向方向盘装置，其特征是：所述角位移传感器(13)为空心轴角编码器。
6.根据权利要求1所述的车辆线控转向方向盘装置，其特征是：所述接近开关(20)的轴心线垂直穿过第一传动轴(12)的轴心线，并与限位挡块(17)长度方向的轴心线重合。
7.根据权利要求1所述的车辆线控转向方向盘装置，其特征是：所述传动螺母(11)上设置的凸台位于传动螺母(11)长度方向的中心上，所述凸台的圆周位置处在与接近开关(20)最接近的位置。
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2013
- 2013-07-19 CN CN201320452434.6U patent/CN203345019U/zh not_active Expired - Lifetime
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| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| AV01 | Patent right actively abandoned |
Granted publication date: 20131218 Effective date of abandoning: 20151021 |
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| AV01 | Patent right actively abandoned |
Granted publication date: 20131218 Effective date of abandoning: 20151021 |
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| C25 | Abandonment of patent right or utility model to avoid double patenting |